OOP-Java-Notes

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JVM ​

🧠 一、JVM 内存模型概览 ​

JVM 的内存区域可以分为以下几个主要部分：

区域名称是否线程私有用途说明
程序计数器✅ 是记录当前线程执行的字节码行号
虚拟机栈✅ 是存放方法调用时的局部变量、操作数栈等
本地方法栈✅ 是为 Native 方法服务（如 C/C++ 调用）
堆（Heap）❌ 否所有线程共享，存放对象实例
方法区（MetaSpace）❌ 否存储类信息、常量池、静态变量、编译器编译后的代码等
直接内存（Direct Memory）❌ 否NIO 使用，不属于 JVM 堆内

🔥 二、重点详解：堆、栈、方法区 ​

1. 堆（Heap） ​

✅ 特点： ​

  • 所有线程共享的一块内存区域。
  • 用于存储所有的 对象实例（Object） 和 数组。
  • 是垃圾回收器（GC）管理的主要区域。
  • 可以动态扩展大小（通过 JVM 参数设置）。

示例： ​

java
Person p = new Person(); // new 出来的对象就存在堆中

GC 分代模型（现代 JVM 的堆结构）： ​

  • 新生代（Young Generation）
    • Eden 区
    • Survivor 0、Survivor 1
  • 老年代（Old Generation）
  • 元空间（Metaspace）：替代了永久代（PermGen）

💡 注意：从 JDK 8 开始，永久代（PermGen）被元空间（Metaspace）取代，元空间使用的是本地内存（Native Memory），不在 JVM 堆中。

2. 虚拟机栈（Java Stack） ​

✅ 特点： ​

  • 每个线程都有一个自己的虚拟机栈。
  • 栈中保存的是一个个的 栈帧（Stack Frame），每个栈帧对应一个方法的调用。
  • 每次方法调用都会在栈中压入一个新的栈帧，方法执行完毕弹出。

栈帧中包含： ​

  • 局部变量表（Local Variables）
  • 操作数栈（Operand Stack）
  • 动态链接（Dynamic Linking）
  • 方法返回地址（Return Address）
  • 其他附加信息

示例： ​

java
public void sayHello() {
    int a = 10;
    String name = "Tom";
}
  • sayHello() 方法被调用时，会创建一个栈帧。
  • a 和 name 是局部变量，会被放入栈帧的局部变量表中。
  • 实际的字符串 "Tom" 是对象，放在堆中。

常见异常： ​

  • StackOverflowError：递归太深或方法调用层次太多导致栈溢出。
  • OutOfMemoryError：如果线程请求的栈深度超过最大允许值。

3. 本地方法栈（Native Method Stack） ​

  • 类似于虚拟机栈，但它是为 JVM 使用的 Native 方法 提供服务的。
  • 例如：Java 中调用 Thread.start() 底层可能调用了 C/C++ 的函数，这些函数就在本地方法栈中运行。

4. 方法区（Method Area / Metaspace） ​

✅ 特点： ​

  • 所有线程共享。
  • 存储已加载的类信息（Class）、常量池、静态变量、JIT 编译后的代码等。

与堆的区别： ​

  • 堆：存放对象实例。
  • 方法区：存放类的元数据。

JDK 8 之前 vs JDK 8 之后： ​

项目JDK 8 之前JDK 8 及以后
方法区实现永久代（PermGen）元空间（Metaspace）
内存来源JVM 堆内存本地内存（Native）
默认大小限制小，默认几十 MB无上限（受限于物理内存）

5. 程序计数器（Program Counter Register） ​

  • 每个线程都有一个程序计数器。
  • 它是唯一一个在 JVM 规范中没有规定 OutOfMemoryError 的区域。
  • 作用：记录当前线程执行的字节码指令地址（如果是 Native 方法，则为空）。

6. 直接内存（Direct Memory） ​

  • 不属于 JVM 堆内存的一部分。
  • 使用 ByteBuffer.allocateDirect() 创建。
  • 由操作系统直接管理，速度更快，适合 IO 操作（如 NIO）。
  • 但不受 JVM 垃圾回收机制管理，需要手动释放。

🧪 三、举个例子理解整个流程 ​

java
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        int age = 20;                // 局部变量，存在栈中
        String name = "John";        // 引用变量在栈中，实际对象在堆中
        Person p = new Person();     // 对象在堆中，p 是引用变量，在栈中
        p.setName("Alice");          // 调用方法，方法调用信息也在栈中
    }
}

内存分布如下： ​

内容存储位置
age栈
name, p栈
"John" 字符串对象堆
new Person()堆
setName() 方法信息方法区
当前执行位置程序计数器

🛠 四、常见问题 & 面试高频点 ​

Q1: Java 中“栈”和“堆”的区别？ ​

项目栈（Stack）堆（Heap）
存储内容局部变量、基本类型、对象引用对象实例
线程可见性线程私有所有线程共享
生命周期方法调用开始 → 方法结束对象创建 → GC 回收
内存管理自动分配、自动释放手动分配（new），GC 自动回收
速度快相对慢

Q2: String 存在哪？"abc" 和 new String("abc") 有什么不同？ ​

  • "abc"：字符串常量池（在堆中，JDK7+ 之后统一在堆中）
  • new String("abc")：会在堆中新建一个字符串对象，同时常量池中也可能存在 "abc"

Q3: 为什么会有元空间（Metaspace）代替永久代（PermGen）？ ​

  • PermGen 容易出现 OutOfMemoryError: PermGen space
  • 元空间使用本地内存，避免内存不足的问题
  • 更容易进行垃圾回收和性能优化

📚 五、总结图解（文字版） ​

┌───────────────────────────────┐
│         方法区 (Metaspace)   │ ← 类信息、静态变量、常量池
├───────────────────────────────┤
│             堆               │ ← 所有对象实例
├───────────────────────────────┤
│           线程 1             │
│   ┌───────────────────────┐  │
│   │  程序计数器（PC Reg） │  │
│   ├───────────────────────┤  │
│   │    虚拟机栈（Stack）  │  │ ← 局部变量、方法调用
│   └───────────────────────┘  │
├───────────────────────────────┤
│           线程 2             │
│   ┌───────────────────────┐  │
│   │  程序计数器（PC Reg） │  │
│   ├───────────────────────┤  │
│   │    虚拟机栈（Stack）  │  │
│   └───────────────────────┘  │
└───────────────────────────────┘

如果你还想了解：

  • 如何查看 JVM 内存使用情况？
  • 如何设置 JVM 内存参数（如 -Xms, -Xmx, -XX:MaxMetaspaceSize）？
  • JVM 内存调优技巧？
  • G1、CMS、ZGC 等垃圾回收器的区别？

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